【网络】TCP回显服务器和客户端的构造，以及相关bug解决方法
不像 UDP 有 DatagramPacket 是专门的“UDP 数据报”，TCP 没有专门的“TCP 数据报”[*]因为 TCP 是面向字节流的，TCP 传输数据的根本单位就是 byte
[*]UDP 是面向数据报，UDP 这里需要界说专门的类，表示 UDP 数据报，作为 UDP 传输的根本单位
[*]TCP 这里在进行读数据大概写数据的时间，都是以字节或字节数组作为参数进行操纵的
ServerSocket
专门给服务器使用的 socket 对象
构造方法
方法签名方法说明ServerSocket(int port) 创建⼀个服务端流套接字 Socket，并绑定到指定端⼝创建⼀个服务端流套接字 Socket，并绑定到指定端⼝ 方法
方法签名方法说明Socket accept()开始监听指定端⼝（创建时绑定的端⼝），有客⼾端连接后，返回⼀个服务端 Socket 对象，并基于该 Socket 建⽴与客⼾端的连接，否则阻塞等候void close()关闭此套接字
[*]TCP 是有连接的，有连接就需要有一个“创建连接”的过程
[*]创建连接的过程就类似于打电话
[*]此处的 accept 就相当于接电话
[*]由于客户端是“主动发起”的一方，服务器是“被动继承”的一方，肯定是客户端打电话，服务器接电话
Socket
既会给客户端使用，又会给服务器使用
构造方法
方法签名方法说明Socket(String host, int port)创建⼀个客⼾端流套接字 Socket，并与对应 IP 的主机上，对应端⼝的进程建⽴连接
[*]构造这个对象，就是和服务器“打电话”，创建连接
方法
方法签名方法说明InetAddress getInetAddress()返回套接字所连接的地址InputStream getInputStream()返回此套接字的输⼊流OutputStream getOutputStream()返回此套接字的输出流 InputStream 和 OutputStream 称为“字节流”
[*]前面针对文件操纵的方法，针对此处的 TCP Socket 来说，也是完全适用的
回显服务器（Echo Server）
1. 构造方法
[*]创建一个 Server Socket 对象，起到“遥控网卡”的作用
import java.io.IOException;
import java.net.ServerSocket;
public class TcpEchoServer {
private ServerSocket serverSocket= null;
public TcpEchoServer(int port) throws IOException {
serverSocket = new ServerSocket(port);
}
}
[*]对于服务器这一端来说，需要在 socket 对象创建的时间，就指定一个端标语 port，作为构造方法的参数
[*]后续服务器开始运行之后，操纵系统就会把端标语和该进程关联起来
[*]端标语的作用就是来区分进程的，一台主机上可能有很多个进程很多个程序，都要去操纵网络。当我们收到数据的时间，哪个进程来处置处罚，就需要通过端标语去区分
[*]所以就需要在程序一启动的时间，就把这个程序关联哪个端口指明清晰
[*]在调用这个构造方法的过程中，JVM 就会调用系统的 Socket API，完成“端标语-进程”之间的关联动作
[*]如许的操纵也叫“绑定端标语”（系统原生 API 名字就叫 bind）
[*]绑定好了端标语之后，就明确了端标语和进程之间的关联关系
[*]对于一个系统来说，同一时候，一个端标语只能被一个进程绑定；但是一个进程可以绑定多个端标语（通过创建多个 Socket 对象来完成）
[*]因为端标语是用来区分进程，收到数据之后，明确说这个数据要给谁，如果一个端标语对应到多个进程，那么就难以起到区分的结果
[*]如果有多个进程，实验绑定一个端标语，只有一个能绑定成功，厥后的都会绑定失败
2. 创建连接
public void start() throws IOException {
while(true) {
//建立连接
Socket clientSocket = serverSocket.accept();
processConnection(clientSocket);
}
}
[*]TCP 创建连接的流程，是操纵系统内核完成的，我们的代码感知不到
[*]accept 操纵，是内核已经完成了连接创建的操纵，然后才华够进行“接通电话”
[*]accept 相当于是针对内核中已经创建好的连接进行“确认”动作
[*]由于 accept 的返回对象是 Socket，所以还需要创建一个 clientSocket 来接收返回值
[*]clientSocket 和 serverSocket 这两个都是 Socket，都是“网卡的遥控器”，都是用来操纵网卡的。但是在 TCP 中，使用两个差别的 Socket 进行表示，他们的分工是差别的，作用是差别的
[*]serverSocket 就相当于是卖房子的贩卖，负责在外面揽客
[*]clientSocket 相当于是售楼部里面的置业顾问，提供“一对一服务”
processConnection 方法的创建
针对一个连接，提供处置处罚逻辑
[*]先打印客户端信息
[*]然后创建一个 InputStream 对象用来读取数据，创建一个 OutputStream 对象
[*]随后，在 while 死循环中完成客户端针对请求的响应处置处罚
private void processConnection(Socket clientSocket) {
//打印客户端信息
System.out.printf("[%s:%d] 客户端上线！\n",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort());
try(InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream();
OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream()){
while(true) {
// 1. 读取请求并解析
// 2. 根据请求计算响应
// 3. 把响应写回给客户端
}
}catch (IOException e){
e.printStackTrace();
}
System.out.printf("[%s:%d] 客户端下线！",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort());
}
[*]因为 TCP 是全双工的通讯，所以一个 Socket 对象，既可以读，也可以写
[*]因此就可以通过 clientSocket 对象拿出里面的 InputStream 和 OutputStream，我们就既能读，也能写了
1. 读取请求并剖析
通过 inputStream.read() 读取请求，但如果直接如许读就不方便，读到的还是二进制数据
[*]我们可以先使用 Scanner 包装一下 InputStream，如许就可以更方便地读取这里的请求数据了
//针对一个连接，提供处理逻辑
private void processConnection(Socket clientSocket) {
//打印客户端信息
System.out.printf("[%s:%d] 客户端上线！",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort());
try(InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream();
OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream()){
Scanner scanner = new Scanner(inputStream);
//使用 Scanner 包装一下 InputStream，就可以更方便地读取这里的请求数据了
while(true) {
// 1. 读取请求并解析
if(!scanner.hasNext()){
//如果 scanner 无法读取数据，说明客户端关闭了连接，导致服务器这边读取到 “末尾”
break;
}
// 2. 根据请求计算响应
// 3. 把响应写回给客户端
}
}catch (IOException e){
e.printStackTrace();
}
System.out.printf("[%s:%d] 客户端下线！",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort());
}
[*]当 scanner 无法读取出数据时（scanner 没有下一个数据了），说明客户端关闭了连接，导致服务器这边读到了末端，就进行 break
[*]在这个判断的外面（try/catch 外面）加上日志，当数据读完后 break 了，就打印日志
2. 根据请求盘算响应
由于是回显服务器，所以请求就是响应，process 就是直接 return request
//针对一个连接，提供处理逻辑
private void processConnection(Socket clientSocket) {
//打印客户端信息
System.out.printf("[%s:%d] 客户端上线！",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort());
try(InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream();
OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream()){
Scanner scanner = new Scanner(inputStream);
//使用 Scanner 包装一下 InputStream，就可以更方便地读取这里的请求数据了
while(true) {
// 1. 读取请求并解析
if(!scanner.hasNext()){
//如果 scanner 无法读取数据，说明客户端关闭了连接，导致服务器这边读取到 “末尾”
break;
}
// 2. 根据请求计算响应
String response = process(request);
// 3. 把响应写回给客户端
}
}catch (IOException e){
e.printStackTrace();
}
System.out.printf("[%s:%d] 客户端下线！",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort());
private String process(String request) {
return request;
}
}
[*]这里的请求就是读取的 InputStream 里面的数据
3. 把响应写回给客户端
//针对一个连接，提供处理逻辑
private void processConnection(Socket clientSocket) {
//打印客户端信息
System.out.printf("[%s:%d] 客户端上线！",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort());
try(InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream();
OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream()){
Scanner scanner = new Scanner(inputStream);
//使用 Scanner 包装一下 InputStream，就可以更方便地读取这里的请求数据了
PrintWrite printWriter = new PrintWriter(outputStream);
while(true) {
// 1. 读取请求并解析
Scanner scanner = new Scanner(inputStream);
if(!scanner.hasNext()){
//如果 scanner 无法读取数据，说明客户端关闭了连接，导致服务器这边读取到 “末尾”
break;
}
// 2. 根据请求计算响应
String response = process(request);
// 3. 把响应写回给客户端
printWriter.println(response);
}
}catch (IOException e){
e.printStackTrace();
}
System.out.printf("[%s:%d] 客户端下线！",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort());
private String process(String request) {
return request;
}
}
[*]此处写入响应的时间，会在末端加上“\n”
[*]我们在刚才在使用 scanner 读取请求的时间，隐蔽了一个条件——请求是以“空白符”（空格、回车、制表符、垂直制表符、翻页符…）末端，否则就会在 next() 大概 hasNext() 那里发生阻塞，如许就没法读取到数据了
[*]因此此处约定，使用“\n”作为请求和响应的末端标志
[*]TCP 是字节流的，读写方式存在无数种可能，就需要有办法区分出，从那里到那里是一个完整的请求
[*]此处就可以引入分隔符来区分
3. 完整代码
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;
public class TcpEchoServer {
private ServerSocket serverSocket= null;
public TcpEchoServer(int port) throws IOException {
serverSocket = new ServerSocket(port);
}
public void start() throws IOException {
while(true) {
//建立连接
Socket clientSocket = serverSocket.accept();
processConnection(clientSocket);
}
}
//针对一个连接，提供处理逻辑
private void processConnection(Socket clientSocket) {
//打印客户端信息
System.out.printf("[%s:%d] 客户端上线！",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort());
try(InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream();
OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream()){
Scanner scanner = new Scanner(inputStream);
PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);
//使用 Scanner 包装一下 InputStream，就可以更方便地读取这里的请求数据了
while(true) {
// 1. 读取请求并解析
if(!scanner.hasNext()){
//如果 scanner 无法读取数据，说明客户端关闭了连接，导致服务器这边读取到 “末尾”
break;
}
String request = scanner.next();
// 2. 根据请求计算响应
String response = process(request);
// 3. 把响应写回给客户端
printWriter.println(response);
System.out.printf("[%s:%d] req=%s; resp=%s\n", clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort());
}
}catch (IOException e){
e.printStackTrace();
}
System.out.printf("[%s:%d] 客户端下线！",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort());
}
private String process(String request) {
return request;
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
TcpEchoServer server = new TcpEchoServer(9090);
server.start();
}
}
虽然把服务器代码编写的差不多了，但还存在三个非常严重的标题，都会导致严重的 bug
但需要联合后面客户端的代码进行分析
客户端（Echo Client）
1. 构造方法
起首创建一个 Socket 对象，来进行网络通讯，再创建构造方法
import java.io.IOException;
import java.net.Socket;
public class TcpEchoClient {
private Socket socket = null;
public TcpEchoClient(String serverIp, int serverPort) throws IOException {
socket = new Socket(serverIp,serverPort);
}
}
[*]写构造方法的时间，就不能使用无参数的版本了，需要在这里指定要访问的服务器的 IP 和端标语
[*]这里可以直接填入一个 String 类型的 IP，不消像前面 UDP 那样还需要手动转换
2. 启动客户端
[*]先拿出 socket 里面的 InputStream 和 OutputStream，再进行 while 循环
[*]使用 Scanner 包装一下 InputStream，如许就可以更方便地读取这里的请求数据了
[*]实例化一个 PrintWriter 对象，获取到 OutputStream，方便后续对数据进行打印
[*]创建一个 scannerIn 对象，用来读取从控制台输入的数据
public void start() {
System.out.println("客户端启动！");
try(InputStream inputStream = socket.getInputStream();
OutputStream outputStream = socket.getOutputStream()) {
Scanner scanner = new Scanner(inputStream);
Scanner scannerIn = new Scanner(System.in);
PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);
while(true){
//1. 从控制台读取数据
System.out.println("-> ");
String request = scannerIn.next();
//2. 把请求发送给服务器
printWriter.println(request);
//3. 从服务器读取响应
if(!scanner.hasNext()){
break;
}
String response = scanner.next();
//4. 打印响应结果
System.out.println(response);
}
} catch (Exception e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
[*]步骤上和 UDP 是非常相似的，只不外此处的 API 不一样
[*]前面的 UDP 不管发送也好，接收也罢，都是先去构造一个 DatagramPacket 再去操纵，但是对于 TCP 来说，它是纯字节流的操纵，就拿字节作为单位进行操纵即可
[*]这里为了操纵方便，又给这个字节流套上了对应的字符流/工作类，之后再去进行读写，都会非常方便
3. 完整代码
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;
public class TcpEchoClient {
private Socket socket = null;
public TcpEchoClient(String serverIp, int serverPort) throws IOException {
socket = new Socket(serverIp,serverPort);
}
public void start() {
System.out.println("客户端启动！");
try(InputStream inputStream = socket.getInputStream();
OutputStream outputStream = socket.getOutputStream()) {
Scanner scanner = new Scanner(inputStream);
Scanner scannerIn = new Scanner(System.in);
PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);
while(true){
//1. 从控制台读取数据
System.out.println("-> ");
String request = scannerIn.next();
//2. 把请求发送给服务器
printWriter.println(request);
//3. 从服务器读取响应
if(!scanner.hasNext()){
break;
}
String response = scanner.next();
//4. 打印响应结果
System.out.println(response);
}
} catch (Exception e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
TcpEchoClient client = new TcpEchoClient("127.0.0.1",9090);
client.start();
}
}
服务器代码中的三个严重 bug
1. 内存缓冲区
[*]客户端发送了数据之后，并没有任何响应
此处的环境是，客户端并没有真正的将数据发送出去，服务器没有收到，自然没有任何响应
//这是客户端中，将数据发送给服务器的代码
printWriter.println(request);
//这是服务器中，把响应写回给客户端的代码
printWriter.println(response);
[*]PrintWriter 如许的类，以及很多 IO 流中的类，都是“自带缓冲区”的
[*]进行文件/网络操纵，都是 IO 操纵，IO 操纵本身是一种耗时比力多，开销比力大的操纵。耗时比力多的操纵频仍进行，就会影响程序实行服从，所以我们可以引入“缓冲区”，减少 IO 的次数，从而进步服从
[*]引入“缓冲区”之后，进行写入操纵，不会立即触发 IO，而是先放到内存缓冲区中，等到缓冲区里攒了一波之后，再统一进行发送
[*]此处可以引入 flush 操纵，主动“刷新缓冲区”
[*]flush 的原意为“冲刷”，类似于冲厕所
改为：
// 客户端
printWriter.println(request);
printWriter.flush();
// 服务器
printWriter.println(response);
printWriter.flush();
2. 资源释放
[*]当前的服务器代码，针对 clientSocket 没有进行 close 操纵
while(true) {
//建立连接
Socket clientSocket = serverSocket.accept();
processConnection(clientSocket);
}
[*]像 ServerSocket 和 DatagramPacket，它们的生命周期都是跟随整个进程的，和进程同存亡，进程关了之后他俩对应的资源也释放了
[*]但此处的 clientSocket 并非云云，它是“连接级别”的数据，随着客户端断开连接了，这个 Socket 也就不再使用了，但资源是不释放的
[*]即使是同一个客户端，断开之后，重新连接，也是一个新 Socket，和旧的 Socket 不是同一个了
[*]因此，如许的 Socket 就应该主动关闭掉，避免文件资源泄漏
改后：
把 close 加到 finally 里面，把日志前移（不然释放之后日志就打印不出来了）
private void processConnection(Socket clientSocket) throws IOException {
try(InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream();
OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream()){
...
while(true) {
...
}
}catch (IOException e){
e.printStackTrace();
}finally {
System.out.printf("[%s:%d] 客户端下线！\n",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort());
clientSocket.close();
}
}
GC 释放的是内存资源，此处讨论的“文件资源泄漏”是针对文件形貌符的
[*]其实，流对象如果被 GC 回收了，也是会自动实行 close 的，但是由于 GC 过程是不可逆的（不知道 GC 什么时间发生，也不知到这次 GC 是否能释放掉你这个对象）
[*]一个对象可能不会很及时释放，在有些环境下，在还没来得及释放的时间，就导致这里的文件形貌符就没了
[*]因此，我们写代码不能全指望这个东西，尤其是当前“高并发”服务器的背景下，短时间内就可能处置处罚大量的客户端
3. 多个客户端连接同一个服务器
[*]实验使用多个客户端来同时连接服务器
作为一个服务器，就是要同时给多个客户端提供服务的
[*]当第一个客户端连上服务器之后，服务器代码救护已进入 processConnect 内部的 while 循环，无法跳出
[*]此时第二个客户端实验连接的时间，无法实行到第二次 accept
[*]所有第二个客户端发来的请求数据，都积压在操纵系统的内核的接收缓冲区中
第一个客户端推出的时间，processConnect 的循环就竣事了，于是外层的循环就可以实行 accept 了，也是就可以处置处罚第二个客户端之前积压的请求数据了
[*]此处无法处置处罚多个客户端，本质上是服务器代码布局存在标题
[*]接纳了双重 while 循环的写法，导致进入里层 while 的时间，外层 while 就无法实行了
[*]解决办法就是：把双重 while 改成一重 while，分别进行实行——使用多线程
改后：
public void start() throws IOException {
while(true) {
//建立连接
Socket clientSocket = serverSocket.accept();
Thread t = new Thread(() -> {
try {
processConnection(clientSocket);
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
});
t.start();
}
}
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